Строим дом Мечты сбываются

Перегружена балка или плита? Слишком большие пролеты? Есть решения.

Какие приемы можно использовать, чтобы снизить напряжения в балке (плите), улучшить ее работу и даже заставить работать там, где она упорно отказывалась проходить по расчету?

В этот раз я хочу сразу начать с живого примера. Имеется у нас шарнирно опираемый элемент перекрытия (не важно, балка это или плита) с конкретным сечением, нагрузкой и длиной пролетов. Я специально не буду загромождать пример цифрами исходных данных, чтобы не отвлекать от сути. Состредоточимся на сравнении результатов расчета – перемещениях и изгибающих моментах.

 Итак, сначала рассмотрим трехпролетный элемент перекрытия. Анализировать будем две величины: вертикальные перемещения в балке (в миллиметрах) и изгибающие моменты (в тоннах на метр). Это два очень информативных фактора, которые влияют на балку.

Как видите, в крайних пролетах и прогиб, и изгибающий момент наибольшие среди пролетных моментов. Это закономерно для балок (плит) с любым количеством пролетов. Объясняется это тем, что на промежуточных опорах возникает надопорный изгибающий момент, разгружающий пролетные моменты (балка там гнется в другую сторону, и этот надопорный прогиб препятствует пролетному), а вот на крайних опорах момент равен нулю (при шарнирном опирании), прогибам в крайних пролетах препятствий меньше, следовательно они – наибольшие.

Также мы имеем значительный момент над промежуточными опорами и самый маленький момент в среднем пролете.

Как мы можем поиграть с расчетной схемой балки, не меняя ее сечения и нагрузок?

Вариант 1. Изменим величину пролетов.

Вариант 2. На крайних опорах заменим шарнир на защемление

Вариант 3. Добавим нашей балке (плите) консоли с двух сторон

 

Вариант 1. Изменим величину пролетов.

Средний сделаем больше, а крайние немного уменьшим (не меняя общую длину балки).

Как изменились при этом результаты расчета?

 

Общий прогиб балки уменьшился: в крайних пролетах он стал меньше (за счет уменьшения длины пролетов), а в среднем – увеличился, но не критично.

Изгибающие моменты в пролетах тоже стали более сбалансированными – нет такой сильной разницы, как была в равнопролетной балке. Но вот надопорный момент несколько возрос, а это потянет за собой увеличение арматуры.

Так лучше ли стала общая ситуация? В большинстве случаев лучше, но не всегда. Нужно сравнить, на сколько выросла арматура над опорой (и можем ли мы себе это позволить) и на сколько уменьшился прогиб и арматура в пролете. Ну, и про проверку на раскрытие трещин забывать не стоит. Иногда незначительное изменение пролетов может значительно улучшить расчетную ситуацию.

Вариант 2. На крайних опорах заменим шарнир на защемление.

Как этот шаг повлияет на результаты расчета при условии, что ничего больше мы не изменили?

Прогиб значительно уменьшится на крайних пролетах и увеличится в среднем. В общем, балка будет намного гармоничнее.

То же самое и с моментами: появится, правда, момент на крайних опорах, но зато все пролетные и надопорные моменты уменьшатся.

В общем, решение отличное. Жаль только, далеко не всегда можно обеспечить защемление конструкции.

Вариант 3. Добавим нашей балке (плите) консоли с двух сторон.

Решение кажется экстравагантным, но давайте посмотрим, к чему оно приведет.

Если сравнить балку без консолей (сверху) и такую же балку с консолями (снизу), максимальные перемещения в балке с консолями уменьшился в 2,5 раза.

С моментами вообще красивая картина: значительно уменьшились надопорные, уменьшились и сгармонизировались пролетные. Отличный результат.

Почему это произошло? Балка с консолями не имеет опор на концах, за счет этого происходит перераспределение напряжений, при котором особенно выигрывают примыкающие к консолям пролеты – у них уменьшаются прогибы и пролетные моменты. Это явление грамотный конструктов всегда учитывает и использует при возможности. Особенно хороши консоли при чрезмерно увеличенных пролетах – зачастую при наличии консоли балка (плита) выдерживает такие пролеты и нагрузки, о которых сложно и мечтать без консолей.

Хочу обратить ваше внимание, что не при каждом размере консоли результат будет одинаков. Вылет всегда нужно подбирать. На рисунке ниже показано сравнение трех вариантов: самой короткой консоли, консоли среднего размера (та, что рассмотрели выше) и самой длинной консоли.

Самая верхняя балка (плита) имеет небольшую консоль. Как видите по мозаике перемещений, концы консолей подскочили вверх (вместо того, чтобы опуститься вниз или по крайней мере не прогибаться). Это произошло из-за того, что соседний большой пролет настолько повернул балку на опоре, что консоль пошла вверх. Зато деформации в крайних пролетах практически не уменьшились по сравнению с бесконсольным вариантом, который мы рассматривали на первом рисунке в статье.

В консоли среднего размера все перемещения уменьшились (в сравнении с балкой без консолей) и сгармонизировались между собой – они почти одинаковые.

В слишком длинной консоли перемещения на концах уже слишком большие, вероятно они не пройдут по деформациям (это нужно проверять). Вообще нужно учитывать, что согласно ДСТУ Б.В.1-2-3:2006 "Прогибы и перемещения" для консолей допускается в два раза больший прогиб, чем для балки (плиты) на двух опорах. С учетом этого требования нужно подбирать такую максимальную длину консоли, чтобы и по прогибу она проходила, и крайние пролеты разгрузила максимально – это будет идеальное решение.

Теперь рассмотрим моменты для трех длин консолей.

С моментами повторяется та же история:

  • В случае с слишком короткой консолью моменты в крайних пролетах практически те же, даже чуть увеличились; моменты над опорами чуток возросли – в общем, картина мало изменилась.
  • В случае с слишком длинной консолью моменты над крайними опорами выросли стремительно, и это может стать большой проблемой при армировании и при расчете на трещиностойкость.

Помните, в большинстве случаев расчетную схему можно улучшить. Главное – оставаться всегда внимательными к работе конструкции. Усиление армирования или увеличение сечения – не единственный выход, бывают более изящные и экономически выгодные.

Я надеюсь, статья была полезной для вас. Вопросы пишите в комментариях.

Комментарии   

0 #1 Вуги 27.12.2017 15:34
Да, Ирина, как интересно это получается. Приведу пример, поправьте, если ошибаюсь. У нас в городе кругом строят трехэтажные торговые центры по каркасной технологии с большими стеклянными фасадами, которые крепятся к той самой консоли (где-то на 1 метр выходит). Так это то самое изящное решение?
Цитировать

Добавить комментарий


Последняя статья на сайте

Об анкеровке разными способами – что работает, а что – не очень

Очень часто при строительстве и при реконструкции нужно присоединить одну конструкцию к другой. Причем присоединить надежно, чтобы не было разрушения. Все узлы сопряжения очень важны, их целостность обеспечивает проектное положение конструкции, а значит – ее целостность. Мне в свое время хорошо запомнилась яркая аналогия главного конструктора Владимира Борисовича, который ввел меня в мир проектирования. Мне кажется, я ее уже приводила, но повторить будет не лишним. Он говорил мне: "Я представляю себе любую конструкцию так, будто она – это я. И анализирую, надежные ли опоры выбраны для каждой части. И когда я так делаю, то иногда вижу, что инженер вместо того, чтобы опереться на руку, на плечо или на туловище, прицепился к уху или к носу – повесил на них то, что они явно не выдержат". Вот иногда при помощи таких ушей, носов и даже ресничек мы пытаемся связать массивные, тяжелые конструкции, требующие под собой надежную опору. Особенно часто это случается при применении всевозможных анкеров, которые связывают одно с другим в единое целое.

Давайте рассмотрим ситуации с анкеровкой на живых ситуациях.

Прочитать статью

Популярные статьи

Последние комментарии

  • Иринa 23.04.2018 19:12
    Работать будет только первый верхний ряд полноценно, поэтому я и советую собрать всю площадь с верхней ...

    Подробнее...

     
  • Евгений 23.04.2018 18:05
    1) Ааааа! Понял )). А эти стержни для "армпояса" будут в один ряд? Только в верху? Или сколько ...

    Подробнее...

     
  • Иринa 23.04.2018 17:59
    1) заармировать как балку, поставив арматуру вверху сечения, определив нужную площадь из расчета ...

    Подробнее...

     
  • Евгений 23.04.2018 17:39
    1) "Эту арматуру можно сгруппировать по верху стены" - не понял, как поступить? Как решить армирование?

    Подробнее...

     
  • Иринa 23.04.2018 16:31
    О, с картинками другое дело! С осями все в порядке, по описанию я неверно поняла. А так картина ...

    Подробнее...

     
  • Евгений 23.04.2018 14:02
    Ирина, прикрепляю ссылочку на скрины: dropbox.com/.../...

    Подробнее...

     
  • Сергей 22.04.2018 10:05
    Понятно. Спасибо за помощь.

    Подробнее...